Anzeige
1 Monat GRATIS testen, danach für nur 9,90€/Monat!
Startseite »

Übertragung eines elektrischen Impulses bricht erstmals die Lichtgeschwindigkeit

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Übertragung eines elektrischen Impulses bricht erstmals die Lichtgeschwindigkeit
Einem kanadischen Forscherteam ist es gelungen, einen elektrischen Impuls mit einer höheren Gruppengeschwindigkeit als die Lichtgeschwindigkeit über größere Distanzen zu übertragen. Dazu benutzten die Forscher eine spezielle, auf dem Prinzip der photonischen Kristalle beruhende Anordnung von Koaxialkabeln. In die einzelnen Frequenzkomponenten des Impulses codierte Informationen könnten so fast mit Lichtgeschwindigkeit gesendet werden ? Einstein Relativitästheorie wird dadurch nicht verletzt. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in den Applied Physics Letters (Band 80, Seite 518).

Bei der Konstruktion ihres „Überlichtgeschwindigkeitkabels“ haben sich Alain Hache und Louis Poirier von der Universität von Moncton in Kanada an den aus der Optik bekannten photonischen Kristallen orientiert: Das insgesamt 120 Meter messende Kabel besteht aus einer periodischen Anordnung von zwei jeweils fünf Meter langen Abschnitten unterschiedlicher Impedanz. Als Impedanz wird der frequenzabhängige elektrische Widerstand bezeichnet.

Diese periodische Variation der Impedanz bewirkt, dass sich das Kabel elektrisch so verhält wie ein phontonischer Kristall: Elektromagnetische Wellen bestimmter Frequenzen werden an den Verbindungsstellen der einzelnen Abschnitte reflektiert und können sich so nicht durch das Kabel ausbreiten.

Während photonische Kristalle zur Manipulation von elektromagnetischen Wellen bei optischen Frequenzen verwendet werden können, arbeitet das „photonische Koaxialkabel? im Megahertzbereich. Die Übertragung eines elektrischen Impulses mit Überlichtgeschwindigkeit wird nun durch eine besondere Eigenschaft der photonischen Bandlücken ermöglicht ? die so genannte anormale Dispersion von elektromagnetischen Wellen.

Die anomale Dispersion ermöglichte es den Forschern, ein maßgeschneidertes Impulspaket mit dreifacher Lichtgeschwindigkeit durch das Kabel zu senden. Obwohl sich der Impuls selber damit mit Überlichtgeschwindigkeit bewegt, ist die Geschwindigkeit seiner Frequenzkomponenten weiterhin unterhalb der Lichtgeschwindigkeit ? ganz so wie es Einsteins Spezielle Relativitätstheorie verlangt.

Anzeige

Dieser fundamentalen Theorie zu Folge können Informationen nicht mit Überlichtgeschwindigkeit übertragen werden. Bei der Informationsübertragung mittels elektrischen Impulsen sind die Informationen in die einzelnen Frequenzkomponenten codiert, aus denen der Impuls zusammengesetzt ist ? und damit ist die Informationsgeschwindigkeit weiterhin unterhalb der Lichtgeschwindigkeit, auch wenn sich der Impuls selbst mit Überlichtgeschwindigkeit bewegt.

Der bisherige Geschwindigkeitsrekord für Datenübertragung mittels Koaxialkabeln lag bei etwa zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit. Den Forschern zu Folge könnten die neuen Koaxialkabel dank der anomalen Dispersion jedoch eine Informationsübertragung mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ermöglichen.

Als Dispersion bezeichnet man den Umstand, dass in bestimmten Materialien die Geschwindigkeit des Lichts von seiner Frequenz abhängt. Dispersion führt unter normalen Umständen zu einer Verbreiterung und Verzerrung von durch Materie geleiteten Impulsen. Unter bestimmten Umständen kann jedoch eine sogenannte anomale Dispersion auftreten. Dies führt zu einer auslöschenden Überlagerung von Wellenzügen am Rande des Impulses und gibt diesem damit einen „Stoß? in Vorwärtsrichtung ? seine Ausbreitungsgeschwindigkeit steigt an und kann die Lichtgeschwindigkeit übertreffen.

Photonische Kristalle und die hier beschriebenen Koaxialkabel sind der erfolgreiche Versuch, diese anomale Dispersion für die Elektronik und Informationstechnologie einzusetzen.

Stefan Maier
Anzeige

Wissenschaftsjournalist Tim Schröder im Gespräch mit Forscherinnen und Forschern zu Fragen, die uns bewegen:

  • Wie kann die Wissenschaft helfen, die Herausforderungen unserer Zeit zu meistern?
  • Was werden die nächsten großen Innovationen?
  • Was gibt es auf der Erde und im Universum noch zu entdecken?

Hören Sie hier die aktuelle Episode:

Aktueller Buchtipp

Sonderpublikation in Zusammenarbeit  mit der Baden-Württemberg Stiftung
Jetzt ist morgen
Wie Forscher aus dem Südwesten die digitale Zukunft gestalten

Wissenschaftslexikon

An|al|gie  〈f. 19; unz.; Med.〉 = Analgesie [<grch. an … mehr

ver|söh|nen  〈V.; hat〉 I 〈V. t.〉 1 Feinde, Streitende ~ zw. F., S. Frieden stiften, ihren Streit beilegen 2 jmdn. ~ jmdn. besänftigen, wieder freundlich stimmen … mehr

Ge|birgs|schlag  〈m. 1u; Bgb.〉 1 plötzl. Spannungsentladung in Gesteinsmassen, deren Gleichgewicht durch die Herstellung bergmännischer Hohlräume, besonders Abbaue, gestört ist 2 Zusammenbrechen von Grubenbauen mit oft großen Zerstörungen … mehr

» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige
Anzeige